1、第五章 抗原,醫(yī)學免疫學,主講 王文君,免疫系統(tǒng)的組織結構,免疫系統(tǒng),免疫器官,免疫細胞,免疫分子 （相關免疫 基因）,中樞免疫器官,周圍免疫器官,造血干細胞,淋巴細胞系,單核巨噬細胞,其它免疫細胞,膜型分子,分泌型分子,免疫系統(tǒng)：是指機體內擔負著免疫功能的物質機構，由免疫器官、免疫細胞和免疫分子及有關的基因等組成，可以保護機體，抗御病原體、有害的異物及癌細胞等致病因子的侵害。 可分為天然免疫系統(tǒng)（非特異性免疫系統(tǒng)）和獲得性免疫系統(tǒng)（特異性免疫系統(tǒng)）。,基本概念,一.抗原（antigen, Ag）：是指能啟動機體的免疫應答，且能與相應的免疫應答產(chǎn)物結合，并發(fā)生一系列生物效應的物質。 二.特性

2、1.免疫原性(immunogenicity)：即能刺激機體產(chǎn)生免疫應答，包括誘導產(chǎn)生特異性抗體及效應T細胞。 2.抗原性（antigenicity）：是指能與抗體或致敏T細胞在體內外發(fā)生特異性結合的能力，也稱為免疫反應性（immunoreactivity）。 三.完全抗原（ immunogen或complete antigen）：同時具有免疫原性和抗原性的物質。如大多數(shù)天然抗原物質細菌病毒等。,四.不完全抗原（incomplete antigen或H）：只能與抗體結合而不能刺激產(chǎn)生抗體者，稱不完全抗原（incomplete antigen）或半抗原（hapten，H），多為簡單的小分子物質如多

3、糖等。 五.耐受原（tolerogen）：由于抗原作用效果不同，誘導機體產(chǎn)生免疫耐受的稱為耐受原（tolerogen）。 六.變應原（allergen）：引起變態(tài)反應者稱為變應原（allergen）。 七.載體（ carrier）：半抗原與蛋白質結合后，可以獲得免疫原性，成為完全抗原。賦予半抗原以免疫原性的蛋白質稱為載體。,第一節(jié) 抗原的類型,一.根據(jù)抗原性能分類，分為完全抗原和不完全抗原： 完全抗原：具有免疫原性又有抗原性，如血清蛋白、病毒、類毒素等。 不完全抗原：為簡單的有機小分子，分子量通常小于4000，本身不能剌激機體產(chǎn)生免疫應答，即無免疫原性，稱半抗原，但它可以與大分子蛋白質（體外或

4、在人體內）結合成為完全抗原，剌激機體產(chǎn)生抗體或致敏淋巴細胞。此種抗原多為小分子藥物,如在體內分解后的青霉素小分子，單獨不能產(chǎn)生抗體，但此小分子青霉素可與其相應完全抗原所產(chǎn)生的抗體結合，因此半抗原只有免疫反應性。,二. 根據(jù)抗原剌激細胞產(chǎn)生抗體時，是否需要Th細胞的輔助，可分為： 胸腺依賴性抗原(thymus dependent antigen ,TD-Ag)：如大多數(shù)蛋白質抗原。 胸腺非依賴性抗原(thymus independent antigen,TI-Ag)：如細菌脂多糖等。 三.根據(jù)抗原合成的方式不同分類： 分為天然抗原，如：細菌、病毒、粉塵、異種血清等；人工抗原如人工制備疫苗等。,四

5、.根據(jù)與人體的親緣關系分類，可概括分為： 異種抗原（xenogenic Ag）：來自不同種屬的抗原，如病原微生物及其產(chǎn)物或由異種動物（如馬）制備的抗毒素血清對人體來講皆為異種抗原； 同種異型抗原（allogenic Ag）：在同一種屬不同個體間的抗原，如人類不同個體的血型抗原，組織相容性抗原等； 自身抗原(autoantigen ):在某些異常情況下， 隱蔽抗原（如眼晶體蛋白、腦組織等）的釋放，自身抗原分子發(fā)生改變，以及分子模擬，如熱休克蛋白（Heat shock Protein ,HSP）又稱應激蛋白（stress protein）可誘導自身免疫病，此乃由于某些HSP與人體自身抗原相似。,一

6、.病原微生物 1.病毒性抗原：一個完整的病毒稱為病毒體，含有多種性質不同的蛋白質。如包膜糖蛋白，核心蛋白質等。 流感病毒：易發(fā)生變異。 天花病毒：天花疫苗。 出血熱病毒：如埃博拉病毒，為引起出血性發(fā)熱的RNA病毒。目前無預防疫苗和特異性治療藥物。 多數(shù)情況下，細胞免疫在抗病毒免疫中占主導地位，而體液免疫的作用是有限的。,第二節(jié) 醫(yī)學上重要的抗原,2.細菌性抗原：包括表面抗原、菌體抗原、鞭毛抗原、菌毛抗原等，每一種抗原又有多種決定簇。 炭疽桿菌：有炭疽疫苗。 結核桿菌：胞內寄生菌。 二.細菌的外毒素和類毒素 外毒素：某些細菌在生長繁殖過程中，向菌體外分泌有毒的物質，稱為外毒素。如破傷風外毒素。

7、類毒素：外毒素是蛋白質，毒性很強，抗原性也很強。若外毒素經(jīng)0.3%0.4%的甲醛處理后，便失去毒性，但仍保留免疫原性，即成為類毒素。它們都是很有用的天然抗原。,三.異種動物血清 異種動物的血清蛋白對人具抗原性。 四.異嗜性抗原 異嗜性抗原(heterophile antigen)指一類與種屬特異性無關的、存在于人、動物、植物、微生物組織間的共同抗原。因Forssman首先發(fā)現(xiàn)這種抗原，故亦稱為Forssman抗原。 某些微生物與人體自身組織也有共同抗原成分，當感染這些微生物后，人體所產(chǎn)生的抗微生物抗體或致敏淋巴細胞與其有關組織亦可產(chǎn)生交叉免疫反應，從而導致某些免疫性疾病。 如溶血性鏈球菌的胞膜

8、糖蛋白與腎小球基底膜，細胞壁M蛋白與心肌皆具有共同抗原，因此溶血性鏈球菌感染后可引起心肌炎和腎小球腎炎。,五.血型抗原 人紅細胞血型抗原經(jīng)國際輸血學會確認了201種抗原，分別歸類于23個系統(tǒng)(system)，5個集合(collection)，2個系列(series)。 根據(jù)血型抗原表位性質，人紅細胞可分為兩類，一類以多肽為表位，以Rh、MNS系統(tǒng)為代表，只分布于紅細胞膜或其它血細胞膜上；第二類以糖分子為抗原表位，以ABH抗原為代表，但由于其不僅分布于紅細胞表面，而且分布于組織和體液中，因此亦被稱為組織血型抗原。 1.ABO(H)抗原 2.T/TN抗原 3.Rh抗原,表1 人類ABO（H）血型系

9、統(tǒng)的分類,H基因,前體糖蛋白,H,A基因,B基因,H,A,H,B,圖1 ABO(H)血型抗原分子的形成,N-乙?；?氨基葡萄糖,D-半乳糖,H,L-巖藻糖,H物質,2.T/TN抗原 Thomsen發(fā)現(xiàn)人紅細胞被細菌污染后，與包括ABO血型相容的所有人血清發(fā)生凝集，稱為多凝集現(xiàn)象，引起臨床血型鑒定和交叉配血困難。原因是細菌產(chǎn)生的神經(jīng)氨酸酶使紅細胞上隱蔽的抗原暴露，稱之為T抗原(Thomsen-Friedenreich抗原)。 在機體正常情況下，它們位于紅細胞、上皮細胞膜上，為隱蔽抗原，當感染或經(jīng)體外用細菌或某些病毒的神經(jīng)氨酸酶處理后，皆可使T抗原暴露。 T抗原是組織血型抗原的一種， TN是T抗原

10、前體。 惡性腫瘤細胞膜也表達T/TN抗原，因此T/TN抗原被認為是廣泛的腫瘤自身抗原(paracarcinoma autoantigens)。,3.Rh抗原 人類紅細胞中有與恒河猴紅細胞相同的抗原，稱為Rh抗原。已確定的Rh血型抗原有44種，只分布在紅細胞膜上，為穿膜蛋白。 臨床上通常以D抗原存在與否來確定Rh陽性或陰性。即某人的紅細胞與抗D抗體發(fā)生反應，表明有D抗原，稱之為Rh陽性；反之稱為Rh陰性。 六.主要組織相容性抗原，見第八章。 七.腫瘤抗原 腫瘤抗原是指細胞癌變過程中出現(xiàn)的具有免疫原性的許多大分子即新抗原(neoantigen)的總稱。 目前已在動物自發(fā)性腫瘤和人類腫瘤細胞表面都發(fā)

11、現(xiàn)了腫瘤抗原。,八.超抗原(superantigen，SAg) 某些細菌或病毒產(chǎn)物只需要極低濃度（110ng/ml）即可激活很高數(shù)量的T細胞，產(chǎn)生極強的免疫應答，但又不同于絲裂原的作用，這類抗原稱為超抗原。 外源性超抗原：主要是細菌毒素。如金葡腸毒素等。 內源性超抗原：體內持續(xù)表達病毒蛋白質產(chǎn)物。 SAg特點： 具有強大激活T細胞能力。 抗原無須處理。 與細胞結合無MHC限制性。 SAg不僅激活T細胞；而且可能誘導T細胞耐受或免疫抑制。,APC細胞,T細胞,TCR,MHC類分子,圖2 作用于T細胞的超抗原示意圖,超抗原,九.基因工程抗原 把編碼病毒或細菌特異性抗原的基因(亦稱目的基因)提取出來

12、,用質粒或噬菌體做載體,將此基因帶入到真核細胞或原核細胞的基因組中,使之表達出特異性抗原,即基因工程抗原。 經(jīng)過提純制備的疫苗就是基因工程疫苗。,第三節(jié) 構成抗原的條件,抗原具有免疫原性和抗原性兩種特性。 一. 影響免疫原性的因素 1.抗原的結構和性質 分子量 凡具有免疫原性的物質,其分子量皆較大,一般在1萬以上,小于1萬者多呈現(xiàn)弱免疫原性質,低于4000者一般不具有免疫原性。 化學組成及結構 分子量大小并不是構成免疫原性的唯一條件，還與其化學組成及結構有關。,在蛋白質分子中，凡含有大量芳香族氨基酸，尤其是含有酪氨酸的蛋白質，其免疫原性強；而以非芳香族氨基酸為主的蛋白質，其免疫原性較弱。 若由

13、單一的氨基酸或糖組成的聚合物，盡管其分子量很大,亦缺乏免疫原性。 因此，蛋白質和多糖抗原，凡結構復雜者免疫原性強，反之則較弱。其復雜性是由氨基酸和單糖的類型及空間構型等決定的。 可降解性 一般情況下,抗原必須首先被降解才能經(jīng)APC遞呈給Th細胞，如果不能被抗原遞呈細胞所降解和處理則無免疫原性。 含D-氨基酸的聚合體不能被巨噬細胞所處理,因此是極弱的免疫原。,2.與宿主相關因素 (1)異物性 在免疫功能正常的條件下,具有異種或同種異體的免疫原性的物質皆能誘導宿主的正免疫應答,即只有“非已”抗原才能引起正免疫應答。 (2)宿主的遺傳背景 已知在同種動物不同個體間對感染的抵抗力存在明顯差異。 用人工

14、合成抗原給不同近交系動物免疫，每一近交系其遺傳背景基本相同，結果發(fā)現(xiàn)有的品系能產(chǎn)生高效價抗體，稱為高應答品系(high responder),有的品系不能產(chǎn)生抗體或效價低，稱為無或低應答品系(non-responder)。 與控制免疫應答的遺傳基因相關。,(3)免疫原的劑量及進入途徑 每一種免疫原對于一個特定的宿主,都有一個引起免疫應答峰值的最佳劑量及進入途徑。劑量不足或者由于不能激活足夠數(shù)目的淋巴細胞，或者誘導了耐受狀態(tài)而不能引起免疫應答。相反，劑量過多亦可誘導淋巴細胞進入無應答狀態(tài)也不能引起機體的免疫應答。 此外，一次免疫難以引起強免疫應答，需要再一次免疫才能形成強免疫應答，因為這種重復免

15、疫能促進抗原特異性T或B細胞的克隆快速增殖。 非經(jīng)口進入通常是免疫原引起免疫應答的條件，進入的途徑有：靜脈、皮下、皮內、肌肉或腹腔內。 各途徑?jīng)Q定著免疫器官和細胞類型參與免疫應答的種類。,(4)免疫佐劑的輔佐 （一）免疫佐劑(adjuvant)是一些先于抗原或同時與抗原混合注射動物,可增強抗原的免疫原性,即起輔佐抗原作用的物質。佐劑的應用對弱免疫原及免疫原劑量較少不足以引起免疫應答時尤為重要。 佐劑的種類繁多，主要有： 油性乳劑 如弗氏佐劑(Freund adjuvant),它是將抗原水溶液與油劑（石蠟油或花生油）等量混合，再加入乳化劑（羊毛脂或吐溫）制成油包水抗原乳劑,稱之為不完全弗氏佐劑。

16、如在不完全佐劑中加入分枝桿菌(如死卡介苗)則稱之為完全弗氏佐劑。弗氏完全佐劑是最有效的佐劑之一，已廣泛用于實驗動物增強免疫應答；,無機化合物，最廣泛用于人體的佐劑是無機化合物中的磷酸鋁或氫氧化鋁。另一種佐劑為磷酸鈣，也用于很多疫苗； 微生物及其產(chǎn)物,常用的微生物有分枝桿菌、短小棒狀桿菌或百日咳桿菌以及革蘭氏陰性桿菌的脂多糖、分枝桿菌的提取物胞壁酰二肽、霍亂毒素等。所有這些細菌及其產(chǎn)物作為人用疫苗的佐劑毒性較大； 脂質體，脂質體可作為多種抗原的佐劑，也可以作為抗原的載體而發(fā)揮其作用； ISCOM是皂角苷佐劑Quil-A、膽固醇和兩性分子抗原的穩(wěn)定的非共價結合混合物。是近年來較為令人關注的佐劑，目

17、前僅用于獸用疫苗。,其他佐劑,細胞因子正逐漸作為佐劑用于疫苗研制,有IL-2、IFN-、IL-12等。 佐劑增強機體免疫應答的機理： 佐劑可以導致注射部位及其局部淋巴結的炎癥反應，有利于刺激免疫細胞的增殖作用，這類佐劑包括無機化合物和油性乳劑。 可作為傳遞工具，佐劑可以幫助抗原到達特異的靶免疫細胞器官，這類佐劑有脂質體和非離子表面活性劑。 可作為免疫增強劑，如弗氏佐劑、磷酸脂質A (MPL)、脂多糖、白喉類毒素和細胞因子等。 此外，通過抗原修飾來增強抗原的免疫原性亦屬于佐劑效應的范疇。,（二）絲裂原 可活化淋巴細胞的物質有兩大類，即特異性抗原和非特異性的絲裂原。 一種特定的抗原，只能激活具有相

18、應抗原受體的淋巴細胞。而有絲分裂原是非特異的多克隆激活劑，能使某一群淋巴細胞的所有克隆都被激活。T、B細胞表面均表達多種絲裂原受體。 絲裂原屬于外源性凝集素，多為植物種子中提取的糖蛋白以及細菌結構成分或產(chǎn)物等。,表2 作用于T、B細胞的重要絲裂原一覽表,二. 影響抗原性的因素 抗原性是指抗原物質能與其相應抗體或致敏淋巴細胞發(fā)生特異結合的特性。 抗原決定簇（ antigenic determinant ,AD)是存在于抗原表面的特殊基團，是起特異性反應的結構（只占抗原分子很小一部分）又稱表位(epitope)。 它們可與特異性抗體Fab部分（圖5-1）或致敏淋巴細胞膜特異性受體結合,是免疫應答的

19、特異性基礎。免疫應答的特異性是免疫學中重要標志之一，亦是抗原特殊功能之一。人們利用這一特性，對某些疾病進行了特異性診斷，治療和預防。,1.抗原的決定簇（表位） 半抗原相當于表位或決定簇的作用，當其與載體蛋白質結合后，此半抗原可被機體的T、B細胞所識別，產(chǎn)生免疫應答，半抗原與其產(chǎn)生的抗體結合。 決定簇在結構上有兩類表位 構象決定簇（conformational determinate）：指由空間構象形成的決定簇，由在序列上不相連的多肽或多糖，組成，見于BCR/抗體識別的決定簇，一般位于抗原分子表面。 順序決定簇（sequence determinant），指序列相連續(xù)的氨基酸序列片段，又稱線性決定簇（liner determinant），多位于抗原分子內部，主要是T細胞決定簇，BCR亦可識別